针对光导开关高重复频率运行时产生丝电流加热, 使光导开关温度迅速超过材料最高允许使用温度, 造成开关失效或损伤的难题, 本文结合微通道散热技术和射流冷却技术的优点, 设计了射流微通道耦合高效散热器。通过实验测试, 对不同运行工况下射流微通道耦合高效散热器的传热特性进行了研究, 并与美国进口的蜂窝型微通道散热器进行散热性能对比。实验结果表明: 体积流量为 3 L/min的情况下, 射流微通道耦合高效散热器的换热系数超过 35 000 W/(K·m2), 散热量高达 1 000 W, 相比蜂窝型微通道散热器散热量提升了 45%。在测试流量下, 随着体积流量的增加, 射流微通道耦合高效散热器的平均换热系数接近线性增加, 而蜂窝型微通道散热器的平均换热系数在大流量下却增加缓慢。此外, 采用射流微通道耦合高效散热器冷却的热源面温度均匀性明显优于采用蜂窝型微通道散热器冷却的热源面温度均匀性, 采用射流微通道耦合高效散热器的热源面温度波动能降低 58%, 更有利于降低光导开关热应力。
射流阵列 微通道 实验研究 光导开关 jet array micro-channel experimental research Photoconductive Semiconductor Switches 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(11): 1397
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
为实现片状结构高重复频率大能量激光放大器的高效热管理，采用有限元分析（FEA）方法，充分考虑增益介质内部非均匀热分布、微通道热沉中的流速、对流扩散等影响因素，引入流-热-固多物理场耦合数值分析模型，对激光放大器热沉进行分析优化，并基于优化结果探讨了不同流速下微通道热沉的散热冷却能力。模拟结果表明：当基底厚度、单个微通道高度和宽度、两微通道的间距时，微通道热沉冷却能力最强，热阻最小；微通道内冷却液流速过大会导致较大的流动压力损失；微通道热沉的平均等效换热系数可达 W/（m2 ·K）。
激光器 微通道 片状激光放大器 非均匀温度分布 流-热-固耦合模型 数值仿真
1 北方夜视科技（南京）研究院有限公司，江苏 南京 211106
2 北方夜视技术股份有限公司，云南 昆明 650217）
微通道板作为一种关键的电子倍增器件，广泛应用于诸多领域。分析了NiCr膜层作为微通道板的输入端电极时，对微通道板开口面积比的影响，建立了理论模型，计算了膜层厚度、镀膜深度等参数对开口面积比的影响。开展了2种减小开口面积比损失的镀膜研究：一是进行工艺调整，减弱合金蒸发的分馏效应，降低电极膜层的电阻率，开口面积比损失量降低约2%；二是改变镀膜方式，使用Ni、Cr金属单质镀制叠层薄膜，在镀膜过程中调控镍、铬的比例，将输入端电极中镍比例升高，同样可以降低电极膜层的电阻率，在满足面电阻要求的前提下，可减薄输入端膜层至86 nm，与300 nm厚度的常规镍铬合金膜层相比，MCP输入端的开口面积比损失量降低3%~4%，MCP增益提升6%。
微通道板 开口面积比 输入电极 叠层薄膜电极 micro-channel plate opening area ratio input electrode laminated film electrode
1 海军工程大学 动力工程学院, 武汉 430033
2 武汉工程大学 热科学与动力工程研究所, 武汉 430205
3 武汉工程大学 机电工程学院, 武汉 430205
针对均匀背景热流条件下的散热问题, 构建了类叶状微通道矩形热沉模型, 基于构形理论, 在给定热沉体积与液冷通道总体积的约束条件下, 以热沉最高温度和压降最小化为目标, 以微通道单元数、主通道与分支通道的夹角、主通道与分支通道的管径比为设计变量进行了优化设计。结果表明: 通过增加微通道单元数、减小主通道与分支通道的夹角、采用较小的主通道与分支通道之管径比, 可以降低热沉的最高温度, 但是会增大压降损失。
构形理论 电子器件散热 微通道热沉 热设计 constructal theory heat dissipation of electronic devices micro-channel heat sink thermal design
北方夜视技术股份有限公司南京分公司，江苏南京 211106
制作微通道板的玻璃纤维需要经过拉丝炉拉制而成，拉丝炉的温度场分布直接影响丝径的均匀性，而目前缺乏制作微通道板的玻璃纤维拉丝炉的理论研究，依靠经验所设计的拉丝炉性能差异较大，为此本文根据拉丝炉的实际结构，构建对应的三维模型，利用热传递理论对模型进行分析，重点研究炉芯中心位置、加热温度均匀性和保温层均匀性对拉丝炉内部温度场的影响，根据理论分析结果对微通道板拉丝炉的改进给出了 3个方面的建议。
微通道板 拉丝炉 模型 温度场 micro channel plate, drawing furnace, model, tempe
1 北方夜视技术股份有限公司 南京分公司，江苏 南京 211100
2 江苏贵研电子有限公司，江苏 盐城 224000
为满足高增益、低噪声微通道板要求的大长径比皮料玻璃管，采用精密机械整形冷加工工艺提高皮料管的几何均匀性，实现微通道板的性能提升。通过改善机床加工误差、对刀误差以及设计合适的机动夹紧机构可有效控制皮料管内圆精磨加工精度。对磨头转速、背吃刀量、轴向进刀速度及金刚砂磨头粒度4个水平因子开展L16正交试验，得出背吃刀量是影响皮料管内圆精磨加工表面质量的主要因素。选择合适的抛光工艺及工装夹具，最终将皮料管的尺寸变化量控制在1%以内，表面粗糙度Ra值有效控制在0.02 μm。通过Φ25 /6型微通道板制板试验，结果表明：减小皮料管的几何尺寸偏差在一定程度上提高了微通道板阵列一致性、开口面积比一致性，以及增益均匀性，对制造高性能微通道板有较好的借鉴作用。
皮料玻璃管 冷加工 大长径比 微通道板 cladding-tube cold working large aspect ratio micro-channel plate
中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
薄片激光器的导热距离短,能显著降低热透镜效应,已经成为高功率固体激光研究的热点。然而,随着泵浦口径和泵浦功率的不断增大,热效应愈发严重,其造成的热致畸变成为限制激光器出光功率和光束质量的主要因素之一。针对大尺寸薄片激光器工作时热致畸变过大的情况,提出了基于非均匀冷却的微通道复合射流冲击的流道设计思路。基于该思路完成了中心辐射结构冷却器的设计,并借助流-固-热耦合仿真,研究了不同冷却器的流道结构参数对增益介质热致畸变的影响。实验结果表明,采用中心辐射结构的冷却器能将相同条件下的增益介质的光学畸变缩小50%。
激光器 薄片激光器 微通道 射流冲击 波前畸变
